在學習GIS專業(yè)知識或者從事GIS行業(yè)工作時，大家可能經(jīng)常會接觸到“拓撲”、“空間拓撲關(guān)系”、“拓撲檢查”等類似的概念，那么究竟什么是“拓撲”？為什么需要在GIS數(shù)據(jù)處理的過程中進行拓撲檢查？以及如何通過二次開發(fā)實現(xiàn)拓撲檢查的功能？
1.什么是拓撲？
首先，我們簡要介紹下拓撲的基本概念，先看看下面一段定義：
拓撲學是研究幾何圖形或空間在連續(xù)改變形狀后還能保持不變的一些性質(zhì)的一個學科，通過將空間幾何實體抽象成與其大小、形狀無關(guān)的點，將連接實體的線路抽象成線，進而研究點、線、面之間的關(guān)系。
其實簡單來說，拓撲學屬于數(shù)學中幾何學的一個分支，它與通常的平面幾何、立體幾何有所不同，不研究幾何對象的長短、面積等度量性質(zhì)，而是研究幾何對象之間的關(guān)系。
比如著名的哥尼斯堡七橋問題：是否存在這樣的走法，即任意從A、B、C、D出發(fā)，走遍七座橋，每個橋只能通過一次，再回到出發(fā)點？
圖 1 哥尼斯堡七橋問題
在GIS中，拓撲處理的核心是建立拓撲關(guān)系，拓撲關(guān)系是地理對象在空間位置上的相互關(guān)系，如結(jié)點與線、線與面之間的連接關(guān)系。空間實體之間的拓撲關(guān)系是GIS進行空間分析和決策的基礎之一。
圖 2 空間拓撲關(guān)系
2.GIS數(shù)據(jù)為什么要進行拓撲檢查？
眾所周知，空間數(shù)據(jù)在采集和編輯過程中，常會不可避免地出現(xiàn)一些數(shù)據(jù)錯誤。例如，同一個結(jié)點或同一條線被數(shù)字化了兩次；相鄰的面狀幾何對象在采集過程中出現(xiàn)了裂縫或者相交；多邊形不封閉；多邊形的邊為懸線等等，導致假結(jié)點、冗余結(jié)點、懸線、重復線等錯誤數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。
圖 3 線中包含重復結(jié)點
圖 4 區(qū)（多邊形）有空隙
圖 5 區(qū)（多邊形）不封閉
這些數(shù)據(jù)錯誤往往量大，而且比較隱蔽，肉眼不容易識別出來，通過手工方法也不易去除，導致采集的空間數(shù)據(jù)之間的拓撲關(guān)系和實際地物之間的拓撲關(guān)系不符合，以致影響后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析工作，進而影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。因此，需要進行拓撲處理消除這些冗余和錯誤的數(shù)據(jù)。
3.二次開發(fā)實現(xiàn)拓撲檢查
由于拓撲檢查在GIS數(shù)據(jù)生產(chǎn)與使用過程中起到的關(guān)鍵作用，因此在各大GIS軟件中拓撲相關(guān)功能也成為必不可少的GIS模塊。其原理往往大同小異，即通過建立不同的拓撲規(guī)則對數(shù)據(jù)進行拓撲檢查。
下面以MapGIS桌面二次開發(fā)為例，給大家介紹如何在桌面GIS應用中快速開發(fā)實現(xiàn)拓撲檢查功能：
一、實現(xiàn)思路
MapGIS桌面二次開發(fā)SDK在MapGIS.SpatialAnalysis程序集中封裝了專門的拓撲檢查類SPTopologyChecker，用于實現(xiàn)拓撲檢查功能。基本實現(xiàn)思路如下：
圖 6 拓撲檢查實現(xiàn)思路
二、接口詳解
設置拓撲規(guī)則，通過AddTopologyRule方法可以設置拓撲檢查時的規(guī)則；MapGIS將多種不同類型的拓撲規(guī)則封裝為枚舉類型供該方法作為參數(shù)設置，滿足不同情況下的拓撲檢查需求。
圖 7 部分拓撲規(guī)則
設置拓撲檢查數(shù)據(jù)，SetCheckSfcls方法可以設置要進行拓撲檢查的矢量數(shù)據(jù)，其中第二個數(shù)據(jù)對象為參考數(shù)據(jù)，即是否為兩個數(shù)據(jù)之間的拓撲檢查，若僅為單個數(shù)據(jù)本身的拓撲，第二個對象傳入空值null即可。
拓撲檢查，值得注意的是CheckTopology方法包含了兩個參數(shù)，分別是SPTopologyCheckParameter拓撲檢查參數(shù)對象和SPTopologyErrorManager拓撲錯誤管理對象，顧名思義分別是用于設置拓撲查詢的參數(shù)和管理拓撲錯誤的。簡單來說，拓撲參數(shù)對象可以設置拓撲檢查時的容差、最小長度、面積等檢查指標，而錯誤管理對象則保存檢查處的錯誤結(jié)果，包括錯誤類型、對應的要素等，便于進行后續(xù)的錯誤修改。詳細接口信息可參考我們的在線API文檔：
三、拓撲檢查
通過上面介紹的接口，我們即可通過MapGIS桌面二次開發(fā)SDK實現(xiàn)GIS中常用的拓撲檢查功能，下圖為單個區(qū)圖層使用部分規(guī)則進行拓撲檢查的結(jié)果：
圖 8 拓撲檢查結(jié)果
其中，錯誤管理部分展示的內(nèi)容即為從SPTopologyErrorManager對象中獲取的各條拓撲錯誤信息。
以上是本次為大家分享的MapGIS二次開發(fā)實現(xiàn)拓撲檢查功能的全部內(nèi)容，如果大家想要更深入的了解這部分內(nèi)容或者對MapGIS平臺提供的其他二次開發(fā)功能感興趣，歡迎通過4008809970熱線或司馬云云聽聯(lián)系我們。
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圖 9 MapGIS 桌面開發(fā)包
圖 10 MapGIS桌面二次開發(fā)示例
圖 11 云聽社區(qū)
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